Плавниковая движительная установка Советский патент 1992 года по МПК B63H1/36 

ЦЛ

fc

Использование: судостроение, в частности системы управления плавниковыми движителями. Сущность изобретения: система управления содержит задающий генератор 8, блоки 9, 12 задания закона колебаний и блок задержки 14, связанные электрогидравлическим приводом с гидроцилиндрами 3, 4 качания плавника 1. В систему включены блок управления движением 26, датчики 25 параметров движения и процессорное устройство, состоящее из процессора 22, входного 24 и выходного 23 интерфейсов, Выходы последнего подключены к входам упомянутых блоков 8, 9, 12,14 и регуляторов 19, 20 среднего положения плавника. 1 ил

VI

00 hO 00 О ON

ro

Изобретение относится к водному транспорту, в частности, к плавниковым движительным установкам судов.

Известны плавниковые дяижительные установки, выполненные с приводом ново- ротно-колебательного движения, содержа- щим исполнительные двигатели качания поворотного рычага и шарнирно связанного с последним плавника, и с системой управления, содержащей две цепи управления приводом с обратной связью в каждой из цепей и линией задержки в одной из них, блок задания закона колебаний, усилители мощности, два регулятора среднего положения и дополнительный блок задания за- кона колебаний. Каждый из упомянутых блоков задания закона-колебаний и регуляторов среднего положения электрически связан с соответствующей цепью управления, а исполнительные двигатели выполне- ны в виде качающихся гидроцилиндров.

Дополнительно каждый блок задания закона колебаний выполнен из последовательно соединенных восьмиразрядного счетчика, постоянного запоминающего устройства и цифроаналогового преобразователя, а линия задержки - в виде после- довательно соединенных регулятора задержки, аналого-цифрового преобразователя и регистра хранения значений задерж- ки.

Недостатком эгого устройства является невозможность оперативного автоматического выбора и поддержания оптимального режима плавания, что существенно снижает КПД и маневренность движителя.

Цель изобретения заключается в повышении КПД движителя.

Для достижения этой цели плавниковая движительная установка по авт. св. № 1710439 снабжена процессорным устройством с входным и выходным интерфейсами, датчиками параметров движения и блоком управления движением, подключенным к входу процессора упомянутого про- цессорного устройства, причем выходной интерфейс соединен со входами задающего генератора, блоков задания закона колебания, регуляторов среднего положения и линии задержки.

Цель изобретения достигается за счет обеспечения автоматического выбора и оптимизации динамических характеристик движителя процессорным устройством, а также за счет введения обратной связи по положению исполнительных двигателей, разделения линий управления и силовой, более точного регулирования взаимного со- ОТВРТСТВИЯ и оптимизации законов колебания и двух цепях управления испочнчтоль ными двтателями.

На чертеже изображена функциональная схема предложенной системы управление

Плавниковый движитель состоит из плавника 1, который работает от привода поворотно-колебательного движения, включающего шарнирно-рычажный параллелог- раммный механизм 2, исполнительные двигатели - качающиеся гидроцилиндры 3, 4 и маслостанцию (насосный агрегат) 5, подающую масло к гидроцилиндрам 3,4 через управляемые электрогидравлические усилители 6, 7 (например, золотникового типа с электромагнитным приводом перемещения золотника).

Система управления плавниковым движителем состоит из задающего (тактового) генератора 8, связанного с приводом двумя цепями управления. Одна из них содержит блок 9 задания закона колебания плавника, вход которого подключен к выходу задающего генератора 8, а выход - к входу усилителя мощности 10 (например, широт- но-импульсного модулятора) и далее - к входу электрогидравлического усилителя 6 и к гидроцилиндру 3 качания рычага 11 па- раллелограммного механизма 2. Другая цепь управления гидроцилиндром 4 качания плавника 1 содержит соединенные аналогично первой цепи дополнительный блок задания закона колебания 12, усилитель .мощности 13 и электрогидравлический усилитель 7, а также линию задержки в виде соединенного со входом блока 12 блока задержки 14. Смонтированные на гидроцилиндрах датчики их положения 15, 16 через усилители обратной связи 17, 18 подключены к усилителям мощности соответственно 10 и 13. Регуляторы 19, 20 среднего положения исполнительных двигателей электрически подключены к усилителям мощности 10, 13 соответствующих цепей управления. Плавник 1 жестко соединен со звеном 21 параллелограммного механизма 2.

Для оперативного автоматического поиска и поддержания оптимальных параметров работы движителя при изменении режимов плавания система управления снабжена процессорным устройством 22, связанным системной шиной с выходным интерфейсом 23 и далее со входами задающего генератора 8, блоков 9, 12 задания закона колебаний, блока задержки 14 и регуляторов 19, 20.

Процессорное устройство 22 оключает в себя оперативное (ОЗУ) и перепрограммируемое (ППЗУ) запоминающие устройства с минимально необходимым обьемом пзмяги а также минимально необходимые эле менты СНЯ.ЗИ с внешними устройствами (па чертеже не показано) Входной интерфейс 24 соединен с датчиками 25 основных параметров движения плавающего объекта (скорости, ускорения силы тяги, шумности и др ) и подключен к системной шине процессорного устройства 22 К последнему подключен также блок 26 управления движением с органами управления, обеспечивающими задание и изменение режимов работы движителя (например, остановка, разворот, задний ход и т.п.).

Система управления плавниковым движителем работает следующим образом. При заданном оператором посредством блока 26 управления движением режиме движе- ния входной интерфейс 24 усиливает и преобразует сигналы датчиков 25 в цифровую форму и направляет их в процессорное устройство 22. В оперативно заменяемое ППЗУ последнего записывается программа управления движением, ввода и обработки данных и оптимизации параметров движения. Последняя обеспечивает достижение оптимальных значе-ний частоты, амплитуды, фазового сдвига и других характеристик колебаний плавника при всех режимах движения, т.е. его оптимальный режим работы.

Алгоритм оптимизации заключается в последовательном изменении параметров колебаний плавника по заложенной оператором в ППЗУ программе методом наискорейшего спуска. При этом при каждом шаге программы контролируется величина сигнала с датчика (или группы датчиков, контролирующих необходимые в данном режиме плавания параметры) до получения заданных или экстремальных значений этого сигнала, что будет означать достижение оптимального режима работы плавника в данном режиме плавания. Далее найденный режим поддерживается автоматически до смены режима плавания.

Выходной интерфейс 23 обеспечивает хранение оптимальных сигналов управления параметрами колебания плавника и регулирование средних положений испол- нитепьных двигателей, а также имитацию регулирующих элементов в блоках 8, 9, 12, 14, 19, 20 (в которых регулирующие потенциометры отсутствуют) посредством выдачи на их входы управляющих сигналов.

Задающий генератор 8 вырабатывает импульсы тактовой частоты, пропорциональной частоте колебаний плавника. Изме- няя частоту импульсов по сигналам процессорного устройства 22, можно регулировать частоту колебаний плавника 1, Сигналы задающего генератора 8 поступают на входы блоков 9, 12 задания закона колебаний, где формируются сигналы уп равления нужной формы. Блок 9 работает как цифровой генератор, у которого период

управляющего сигнала составлен из 256 дискретов, что определяется разрядностью счетчика цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и объемом памяти постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Период

0 выходного управляющего сигнала формируется последовательным считыванием 256 ячеек памяти и преобразованием их двоичных значений в аналоговые сигналы с помощью ЦАП. Изменяя опорное напряжение

5 ЦАП по сигналам процессорного устройства 22, можно регулировать амплитуды выходных сигналов. Работа блока 12 отличается от работы блока 9 тем, что восьмиразрядный счетчик в нем начинает счет не с нулевых

0 значений на выходе, а с двоичного числа, записанного во входной регистр этого счетчика в момент обнуления счетчика блока 9 (т.е. считывание с ПЗУ начинается не обязательно с нулевой ячейки, а с любой другой).

5 Код, записанный в входной регистр счетчика, определяет временной сдвиг между цепями управления, т.е. формирование оптимального закона качания плавания. Этот код выдается блоком задержки 14 и

0 определяется его параметрами, При этом блок задержки 14 имеет узел регулирования задержки по фазе от 0 до 360° по сигналам процессорного устройства 22.

Сигналы от блоков 9, 12 нужной формы

5 и с регулируемым временным сдвигом между ними поступают на входы усилителей мощности соответственно 10, 13 и там преобразуются в сигналы управления электро- , гидравлическими усилителями в зависимости

0 от сигналов регуляторов 19, 20 среднего положения исполнительных двигателей и от сигналов датчиков положения 15, 16.

Регуляторы 19, 20 позволяют менять среднее положение боковых и угловых коле5 баний плавника по сигналам процессорного устройства 22, что ведет к изменению направления силы тяги движителя и позволяет использовать его в качестве реверсивно-ру- левого устройства.

0 Под воздействием управляющих сигналов усилители 6,7 регулируют потоки масла, вырабатываемые маслостэнцией 5, и распределяют их поочередно в полости гидроцилиндров 3, 4, Штоки последних

5 совершают возвратно-поступательные движения и перемещают посредством па- раллелограммного механизма 2 плавник 1 по определенному процессорным устройством 22 закону. Частота колебаний штокон гидроцилиндров зависит от частоты импулк

сов задающего генератора 8, а амплитуды определяются величиной опорных напряжений ЦАП блоков 9,12, регулируемой процессорным устройством. Сдвиг фазы между боковыми и угловыми колебаниями плавника определяет величину тяги и ее направление. Например, при сдвиге фазы угловых колебаний относительно боковых на 90° тяга максимальна и направлена от острой кромки плавника 1 вдоль среднего положения боковых колебаний плавника и судно движется вперед. При сдвиге фаз 270° тяга направлена в обратную сторону (задний ход).

Преимущества данной системы управления плавниковым движителем следующие: повышается эффективность движителя и его КПД за счет оперативного поиска и автоматического поддержания оптимального режима его работы в различных режимах плавания; обеспечивается возможность избирательной оптимизации основных характеристик движителя, например тяги, шумности и др.; повышается ма0

5

0

5

невренность движителя в цел ом и оперативность изменения его динамических параметров, в том числе скорости разгона и торможения; обеспечивается оперативная смена программ оптимизации режимов и параметров применительно к требованиям эксплуатации; обеспечивается плавное бесступенчатое движение плавника в течение одного полупериода колебания по оптимальному закону и повышение при этом КПД движителя.

Формула изобретения Плавниковая движительная установка по авт.св. № 1710439, отличающаяся тем, что, с целью повышения КПД движителя, она снабжена процессорным устройством с входным и выходным интерфейсом, датчиками параметров движения и блоком управления движением, подключенным к входу процессора процессорного устройства, причем выходной интерфейс соединен с входами задающего генератора, блоков задания закона колебания, регуляторов среднего положения и линии задержки.